FR3033436A1

FR3033436A1 - Composant microelectronique pour carte a puce a fonctionnement sans contact

Info

Publication number: FR3033436A1
Application number: FR1500420A
Authority: FR
Inventors: Benjamin Mear; Deborah Teboul; Bernard Calvas
Original assignee: Smart Packaging Solutions SAS
Current assignee: Smart Packaging Solutions SAS
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2016-09-09
Anticipated expiration: 2035-03-04
Also published as: FR3033436B1; WO2016139394A1

Abstract

L'invention concerne un composant microélectronique (1) pour carte à puce à fonctionnement sans contact ou à fonctionnement mixte à contact et sans contact, comportant au moins une mémoire, un microprocesseur, une capacité interne intrinsèque et une interface de communication sans contact présentant deux plots de sortie principaux (La, Lb) connectés d'une part à la capacité interne de la puce et d'autre part à une antenne (3) du module, caractérisé en ce que ladite interface de communication comporte au moins un plot de sortie supplémentaire (Lc1, Lc2, ...) destiné à être connecté à un circuit passif (7) externe à la puce ou à un circuit R,C (8) interne à la puce, ou aux deux.

Description

Composant microélectronique pour carte à puce à fonctionnement sans contact L'invention concerne un nouveau composant micro-électronique, notamment 5 pour carte à puce à fonctionnement sans contact. Etat de la technique Les composants micro-électroniques pour cartes à puce sans contact 10 connues comportent une mémoire, un microprocesseur, et une interface de communication radio fréquence permettant de connecter un système d'antennes disposées sur le module micro-électronique, et/ou sur le corps de la carte à puce, avec l'antenne d'un lecteur de cartes à puce distant. On a le plus souvent un système de deux antennes dans le corps de carte à 15 puce, à savoir une antenne au format normalisé, dite antenne ID1, destinée à être couplée électro magnétiquement avec un lecteur externe, et une antenne de concentrateur (encore désignée plus simplement comme le concentrateur) proche du format d'un module électronique pour carte à puce, disposée dans le corps de carte ou sur une page de couverture d'un livret de passeport électronique. Cette 20 antenne de concentrateur est destinée à être couplée électro magnétiquement avec l'antenne du module microélectronique, et elle est connectée directement, en série ou en parallèle, avec l'antenne ID1. Un réseau de capacités externes à la puce microélectronique du module, et ajustables, est branché en parallèle ou en série avec les deux antennes précitées et 25 permet de faire résonner l'ensemble du système d'antennes à une fréquence de fonctionnement déterminée. L'antenne du module est limitée en terme de nombre de tours par la taille réduite du module, celui-ci devant en outre recevoir la puce électronique et éventuellement des contacts galvaniques de type ISO 7816-2, par exemple pour les 30 cartes dites duales, à fonctionnement à contact et sans contact. La performance du système d'antennes est sensible à sa fréquence de résonance qui dépend de son inductance et du réseau de capacités ajustables utilisé. 3033436 On peut donc être amené à ajuster la fréquence de résonance du système d'antennes en fonction de l'application visée, de la puce utilisée sur le module électronique, ou encore pour résoudre des problématiques d'industrialisation. Il y a donc un intérêt fort dans le cas des antennes pour cartes à puce à 5 fonctionnement sans contact ou à fonctionnement mixte par contact et sans contact, de trouver des moyens d'ajuster finement la fréquence de résonance du système d'antennes du corps de carte. Mais cette question de l'ajustement fin de la fréquence de résonance d'une antenne peut également avoir un intérêt dans d'autres domaines que celui des cartes à puce. 10 La fréquence de résonance d'une antenne est du type F0 = 1/211v(LC), où L représente l'inductance de l'antenne, et C sa capacité. En pratique, la fréquence de résonance des antennes utilisées pour les cartes à puce sans contact est fixe, pour une valeur d'inductance et de capacité donnée. Les capacités situées sur le corps de carte sont en général réalisées par des 15 placards métalliques relativement encombrants, qui nuisent à une miniaturisation plus poussée du système. En outre elles présentent un effet de blindage à l'égard des ondes électromagnétiques, qui affecte négativement les performances de communication du produit. Par ailleurs, la réalisation industrielle des placards métalliques des capacités 20 utilisées est sujette à des tolérances de fabrication qui se traduisent par des variations néfastes du facteur de qualité Q du système micro-électronique. Il serait donc judicieux de parvenir à réaliser les capacités nécessaires au réseau radio fréquence ailleurs que sur le corps de carte, en particulier dans la puce micro-électronique elle-même. 25 Buts de l'invention Un but général de l'invention est par conséquent de proposer un composant microélectronique pour carte à puce, qui soit dépourvu des inconvénients précités. 30 Un autre but plus spécifique de l'invention est de proposer un composant micro-électronique comportant en interne les capacités nécessaires au fonctionnement sans contact d'une carte à puce, et comportant en outre des plots de 3033436 sortie permettant de raccorder un système d'antennes pour cartes à puce sans contact qui soit dépourvu de placards métalliques pour éviter les effets de blindage électro magnétique. Un autre but de l'invention est de proposer un composant micro-électronique 5 qui permette de miniaturiser l'antenne booster connectée au composant, tout en conservant les performances de communication d'un booster classique. Un but complémentaire de l'invention est de proposer un composant micro-électronique qui permette de faire varier les caractéristiques de communication radiofréquence, et en particulier le facteur de qualité Q, selon l'application visée du 10 composant et/ou au cours du cycle de vie du produit. Par exemple, pendant la phase dite de personnalisation électrique du composant, consistant à charger en mémoire des programmes et des données, on peut être amené à rechercher une vitesse de communication élevée entre le composant et l'équipement de personnalisation, au dépens de la portée de communication qui peut dans ce cas être plus faible, ce qui 15 suppose un facteur de qualité Q faible. Inversement, pendant l'usage du composant sur le terrain, il serait utile de pouvoir maximiser la portée de communication entre le composant et un lecteur sans contact, au détriment du débit de communication, ce qui nécessiterait une facteur de qualité Q plus élevé. 20 Résumé de l'invention Selon le principe de l'invention, on dote un composant microélectronique pour carte à puce qui est pourvu d'une interface de communication sans contact présentant deux plots de sortie (La, Lb) principaux connectés à la capacité interne 25 (intrinsèque) C de la puce, d'au moins un plot de sortie (Li, La, ...) supplémentaire destiné à être connecté soit à un circuit passif externe au composant (par exemple une antenne R,L, soit à un circuit R, C programmable situé à l'intérieur du composant et destiné à fixer la fréquence de résonance et la valeur du facteur de qualité Q du système d'antennes de la carte à puce. 30 De cette manière, grâce à ces plots de sortie supplémentaires du composant, il est possible de transférer à l'intérieur même du composant, en particulier, des éléments résistifs et capacitifs, éventuellement programmables, qui d'une part 3033436 4 remplaceront les placards métalliques encombrants des capacités de l'antenne booster, et qui d'autre part permettront de fixer d'une manière plus constante et fiable les valeurs des composants R,C, ce qui permettra d'améliorer le fonctionnement radiofréquence de la carte à puce.

L'invention a par conséquent pour objet un composant microélectronique pour carte à puce à fonctionnement sans contact ou à fonctionnement mixte à contact et sans contact, comportant au moins une mémoire, un microprocesseur, et une interface de communication sans contact présentant deux plots de sortie principaux (La, Lb) connectés à la capacité interne (intrinsèque) C de la puce, ladite interface de communication étant destinée à être reliée en outre à un système d'antennes situées sur la carte à puce, caractérisé en ce que ladite interface de communication comporte au moins un plot de sortie (L', 42, ...) supplémentaire destiné à être connecté à un circuit passif externe au composant (une antenne R,L), et/ou à un circuit R, C programmable situé à l'intérieur du composant. De préférence, ledit circuit passif externe et le circuit R, C interne sont configurés pour être aptes, lorsqu'il le composant est connecté à un système d'antennes externes comme les antennes situées sur le corps d'une carte à puce, à fixer la fréquence de résonance et/ou le facteur de qualité Q dudit système d'antennes de la carte à puce. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, ladite interface de communication comporte un seul plot de sortie supplémentaire (Lc) en plus desdits plots principaux (La, Lb), ledit circuit R, C situé à l'intérieur du composant étant connecté entre l'un des plots de sortie principaux (La, Lb) et ledit plot supplémentaire (L.c) faisant office de plot commun. De cette manière, on obtient des circuits pour l'émission et pour la réception radiofréquence dans la communication avec un lecteur, connectés par un point commun, ce qui permet de minimiser le nombre de connexions et de soudures avec le composant. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, ladite interface de communication comporte deux plots de sortie supplémentaires (Li, La) en plus desdits plots principaux (La, Lb) et indépendants par rapport à eux, ledit circuit R, C situé à l'intérieur de la puce étant connecté entre lesdits deux plots de sortie supplémentaires (Li, La). De cette manière, on obtient des circuits totalement indépendants pour l'émission et pour la réception radiofréquence dans la 3033436 communication avec un lecteur, connectés par un point commun ce qui permet de minimiser le nombre de connexions et de soudures avec le composant. En variante, ladite interface de communication comporte plusieurs paires de plots de sortie supplémentaires en plus desdits plots principaux (La, Lb) et 5 indépendants par rapports à eux, un circuit RC situé à l'intérieur de la puce étant connecté entre chacune desdites paires de plots supplémentaires. De cette manière, on obtient davantage de possibilités de connexions de circuits externes avec la puce, et par conséquent la possibilité de mettre en oeuvre davantage de fonctions a pplicatives.

10 Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, lesdites paires de plots de sortie supplémentaires sont connectées d'une part à des circuits R,C situés à l'intérieur de la puce et d'autre part à un ou plusieurs circuits passifs externes, l'ensemble étant configuré pour être apte à générer trois pics de résonance, à savoir un pic dédié à l'alimentation du composant par un lecteur distant, et deux pics dédiés 15 à la communication de données entre ledit lecteur et la puce. Quel que soit le mode de réalisation, il peut être avantageux de prévoir que les circuits R,C internes de la puce connectés aux plots de sortie supplémentaires (Le) soient des circuits ajustables et programmables, ce qui permet d'ajuster de façon fine, par exemple par logiciel, les valeurs de ces composants, et d'obtenir des 20 caractéristiques de fonctionnement radiofréquence plus stables que dans le cas de composants discrets situés à l'extérieur de la puce. L'invention a également pour objet une carte à puce à fonctionnement sans contact ou à fonctionnement mixte à contact et sans contact, caractérisée en ce qu'elle comporte un composant microélectronique selon l'une quelconque des 25 revendications précédentes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée et des dessins ci-annexés dans lesquels : - la figure 1 rappelle le schéma fonctionnel d'une puce microélectronique, d'une 30 carte à puce recevant la puce, et d'un lecteur sans contact communiquant avec la carte à puce ; 3033436 - la figure 2 représente un schéma fonctionnel d'une puce micro-électronique selon l'invention ; - la figure 3 représente une première variante de réalisation de la puce électronique selon la figure 2 ; 5 - la figure 4 représente une seconde variante de réalisation de la puce électronique selon la figure 2 ; - la figure 5A représente une autre variante de réalisation de la puce électronique selon la figure 2 ; - la figure 5B représente les pics de résonance multiple obtenus grâce à la puce 10 électronique de la figure 5A. Description détaillée On se réfère à la figure 1 correspondant au système selon l'état de la technique. On a représenté dans cette figure le schéma typique d'un module 15 microélectronique 1 comportant une puce 2 pourvue de façon classique d'un processeur, d'une mémoire, et d'un étage de communication radiofréquence, non représentés en détail. Les bornes de sortie principales La, Lb de l'étage de communication de la puce 2 sont connectées à une antenne 3 miniaturisée réalisée sur le module 1.

20 La carte à puce comporte en outre un système d'antennes, encore appelées « booster », intégrées au corps de la carte à puce, composé d'une antenne 4 au format ID1 connectée en série avec une antenne concentrateur 5. L'antenne 4 permet de récupérer le flux électromagnétique de l'antenne 6 du lecteur externe, et l'antenne concentrateur 5 permet d'amplifier le flux électromagnétique de couplage 25 entre le corps de carte et le module. L'antenne 6 du lecteur génère un champ électromagnétique. Le booster au travers de la grande antenne 4 dite ID1 du corps de carte utilise ce champ comme source d'alimentation pour activer et alimenter électriquement le composant microélectronique 1.

30 L'énergie et les données récupérées par l'antenne ID1 du booster sont transmises à l'antenne 3 du module via le concentrateur 5. La puce 2 comporte deux plots de connexion principaux La, Lb servant à la communication radiofréquence de la 3 03 3 4 3 6 puce et reliés à la capacité intrinsèque de la puce (non représentée), et à l'antenne 3 du module 1. Comme expliqué précédemment, cette structure à deux plots de sortie La, Lb ne permet pas de connecter directement à la puce 2 un réseau de composants R,L,C 5 pour fixer les performances de communication radiofréquence du système, et en particulier pour ajuster le facteur de qualité Q = LD/R aux besoins applicatifs. La figure 2 représente le principe de la solution. La puce 2 comporte toujours les plots principaux La, Lb, et au moins un plot supplémentaire Lc permettant de 10 connecter entre les plots La ou Lb et le plot supplémentaire Lc, soit un circuit passif (R,L,C) 7 situé à l'extérieur de la puce, soit un circuit (R,C) 8, de préférence programmable, situé à l'intérieur de la puce 2. Dans le mode de réalisation représenté, la puce 2 comporte un seul plot supplémentaire L.c, et un circuit programmable 8 constitué dans l'exemple représenté par une résistance 9 et une 15 capacité 10 ajustables (par logiciel), le circuit 8 étant connecté entre le plot principal Lb servant de plot commun, et le plot supplémentaire Lc. Cette disposition permet d'obtenir des circuits distincts pour l'émission et pour la réception radiofréquence dans la communication avec un lecteur, ces circuits étant connectés par un point commun, ce qui a l'avantage de minimiser le nombre de 20 connexions et de soudures avec le composant 1. La figure 3 montre un cas de figure similaire à celui de la figure 2, mais dans ce cas le plot commun Lc de l'interface de communication de la puce 2 est remplacé par deux plots Lcli LU indépendants des plots principaux La, Lb. Les plots Li, Lc2 de la 25 puce 1 sont connectés à un circuit 8 situé dans la puce 2, et constitué par exemple d'une résistance 9 et d'une capacité 10 variables et programmables par logiciel. En jouant sur la valeur de ces éléments programmables, on peut agir directement sur le facteur de qualité Q du système, Q étant du type LOIR, où L représente l'inductance du système connecté aux plots Li, R représente sa résistance électrique, et El 30 représente la pulsation (w = 2.n.f, f étant la fréquence de fonctionnement). Cette structure permet de réaliser un circuit passif situé à l'extérieur de la puce (le système d'antennes du corps de carte), et un circuit R, C programmable 3033436 situé à l'intérieur de la puce, l'ensemble constituant un système résonant avec les paramètres de fonctionnement (débit, portée) recherchés. Ainsi, si en fonction de la programmation des éléments internes à la puce, le facteur de qualité Q augmente, la portée de communication entre la puce et le 5 lecteur augmente, et la vitesse de communication diminue . Inversement, si en fonction de la programmation des éléments internes à la puce, le facteur de qualité Q diminue, la portée de communication entre la puce et le lecteur diminue, et la vitesse de communication augmente .

10 La figure 4 représente une variante de réalisation similaire à celle de la figure 3, dans laquelle la paire de plots supplémentaires (La, La) unique est remplacée par plusieurs, en l'occurrence quatre paires de plots supplémentaires en plus des plots principaux La, Lb, et on ajoute autant de circuits internes R,C programmables 8. Cette structure permet d'obtenir davantage de possibilités de connexions de circuits 15 externes avec la puce 2, et par conséquent la possibilité de mettre en oeuvre davantage de fonctions applicatives. La figure 5A représente à titre d'exemple applicatif, une utilisation d'une puce 2 selon l'invention pour une application nécessitant plusieurs, en l'occurrence trois 20 pics de résonance tels que représentés en figure 5B. A cet effet, la puce 2 comporte deux paires de plots supplémentaires notés Li, 42, 43, I--c4 par rapport aux plots principaux La, Lb. Ces paires de plots supplémentaires sont connectées à des circuits passifs programmables (R,C) 8 respectifs dans la puce, et à un réseau d'antennes 11 composé de composants 25 passifs L1, L2, L3, C disposés à l'extérieur de la puce. L'ensemble de l'électronique ainsi que la valeur des composants des circuits passifs programmables 8 et du réseau d'antennes externes 11 permet de réaliser une fonction de transfert qui présente trois pics de résonance. Les valeurs des composants seront aisément choisies par l'homme du métier pour obtenir les 30 caractéristiques de communication recherchées. Cette disposition permet notamment d'obtenir trois pics de résonance, comme représenté en figure 5B, ce qui permet par exemple de dissocier la télé alimentation 3033436 de la puce (utilisant le pic de résonance central) et la communication de données avec le lecteur (utilisant les pics de résonance latéraux). Avantages de l'invention 5 En définitive, l'invention permet d'atteindre les buts fixés. Le composant micro-électronique selon l'invention permet notamment: - de supprimer le réseau de capacités des antennes de la carte à puce, et donc d'éviter qu'il ne présente un effet de blindage électromagnétique ; 10 - de gagner de la place dans la réalisation des antennes pour carte à puce sans contact ; - d'obtenir une capacité plus stable réalisée à l'intérieur de la puce à l'aide de techniques micro-électroniques connues et maîtrisées, en lieu et place des placards métalliques externes qui sont sujets à des variances liées au procédé de production ; 15 - d'obtenir dans la puce 2 une capacité plus pure, c'est-à-dire présentant une résistance série moindre, ce qui augmente la valeur du facteur de qualité Q.

Claims

REVENDICATIONS1 - Composant microélectronique (1) pour carte à puce à fonctionnement 5 sans contact ou à fonctionnement mixte à contact et sans contact, comportant un module pourvu d'au moins une mémoire, un microprocesseur, une capacité interne intrinsèque et une interface de communication sans contact présentant deux plots de sortie principaux (La, Lb) connectés d'une part à la capacité interne de la puce et d'autre part à une antenne (3) du module, caractérisé en ce que ladite interface de 10 communication comporte au moins un plot de sortie supplémentaire (L-ci, 42, ...) destiné à être connecté à un circuit passif (7) externe à la puce ou à un circuit R,C (8) interne à la puce, ou aux deux.
2 - Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit 15 passif externe (7) et le circuit R,C (8) interne sont configurés pour être aptes, lorsqu'ils sont couplés à un système d'antennes externes (4,5) situées sur la carte à puce, à fixer la fréquence de résonance ou le facteur de qualité Q dudit système d'antennes. 20
3 - Composant selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ladite interface de communication comporte un seul plot de sortie supplémentaire (Lc) en plus desdits plots principaux (La, Lb), ledit circuit R, C interne du composant étant connecté entre l'un des plots de sortie principaux (La, Lb) et ledit plot supplémentaire (Lc) faisant office de plot commun. 25
4 - Composant selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ladite interface de communication comporte deux plots de sortie supplémentaires (Li, Lc2) en plus desdits plots principaux (La, Lb) et indépendants par rapport à eux, ledit circuit R,C (8) interne au composant étant connecté entre 30 lesdits deux plots de sortie supplémentaires (Lci, L2). 3033436 - Composant selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ladite interface de communication comporte plusieurs paires de plots de sortie supplémentaires en plus desdits plots principaux (La, Lb) et indépendants par rapports à eux, un circuit RC (8) situé à l'intérieur du composant étant connecté entre chacune desdites paires de plots supplémentaires. 6 - Composant selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites paires de plots de sortie supplémentaires sont connectées à un circuit passif (10) apte à générer trois pics de résonance, à savoir un pic dédié à l'alimentation du composant par un lecteur distant, et deux pics dédiés à la communication de données entre ledit lecteur et le composant. 7 - Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit circuit R,C (8) interne à la puce est programmable. 8 - Carte à puce ou objet communiquant, caractérisés en ce qu'elle comporte un composant microélectronique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 20